Kilonova-Nachglühen möglicherweise zum ersten Mal entdeckt

Zum ersten Mal haben Astronomen unter der Leitung der Northwestern University möglicherweise ein Nachglühen einer Kilonova entdeckt.

Eine Kilonova entsteht, wenn zwei Neutronensterne – einige der dichtesten Objekte im Universum – verschmelzen und eine Explosion erzeugen, die 1.000 Mal heller ist als eine klassische Nova. In diesem Fall begleitete ein schmaler, außeraxialer Strahl hochenergetischer Teilchen das Fusionsereignis, genannt GW170817. Dreieinhalb Jahre nach der Fusion verblasste der Jet und enthüllte eine neue Quelle mysteriöser Röntgenstrahlen.

Als Haupterklärung für die neue Röntgenquelle glauben Astrophysiker, dass sich ausdehnende Trümmer aus der Fusion einen Schock erzeugten – ähnlich dem Überschallknall eines Überschallflugzeugs. Dieser Schock erhitzte dann umgebende Materialien, die Röntgenemissionen erzeugten, die als Kilonova-Nachglühen bekannt sind. Eine alternative Erklärung ist, dass Materialien, die in Richtung eines Schwarzen Lochs fallen – entstanden als Ergebnis der Verschmelzung von Neutronensternen – die Röntgenstrahlen verursacht haben.

Beide Szenarien wären eine Premiere für das Feld. Die Studie wurde heute (28. Februar) in veröffentlicht Die Briefe des astrophysikalischen Journals.

„Wir haben hier mit der Untersuchung der Nachwirkungen einer Neutronensternverschmelzung Neutronenland betreten“, sagte Aprajita Hajela von Northwestern, die die neue Studie leitete. „Wir sehen zum ersten Mal etwas Neues und Außergewöhnliches. Das gibt uns die Möglichkeit, neue physikalische Prozesse zu studieren und zu verstehen, die zuvor noch nicht beobachtet wurden.“

Hajela ist Doktorandin am Northwestern Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics (CIERA) und am Department of Physics and Astronomy des Weinberg College of Arts and Sciences.

Am 17. August 2017 schrieb GW170817 Geschichte als die erste Verschmelzung von Neutronensternen, die sowohl von Gravitationswellen als auch von elektromagnetischer Strahlung (oder Licht) entdeckt wurde. Seitdem verwenden Astronomen Teleskope auf der ganzen Welt und im Weltraum, um das Ereignis im gesamten elektromagnetischen Spektrum zu untersuchen.

Unter Verwendung des Chandra-Röntgenobservatoriums der NASA beobachteten Astronomen Röntgenemissionen eines Jets, der sich sehr nahe an der Lichtgeschwindigkeit bewegte, die durch die Verschmelzung von Neutronensternen erzeugt wurde. Ab Anfang 2018 ließ die Röntgenemission des Jets stetig nach, während sich der Jet weiter verlangsamte und ausdehnte. Hajela und ihr Team stellten dann fest, dass von März 2020 bis Ende 2020 der Helligkeitsabfall aufhörte und die Röntgenemission in etwa konstant hell war.

Dies war ein wichtiger Hinweis.

„Die Tatsache, dass die Röntgenstrahlen schnell aufhörten zu verblassen, war unser bisher bester Beweis dafür, dass in dieser Quelle etwas anderes als ein Jet in den Röntgenstrahlen entdeckt wird“, sagte Raffaella Margutti, Astrophysikerin an der University of California in Berkeley und Seniorin Autor der Studie. „Eine völlig andere Quelle von Röntgenstrahlen scheint erforderlich zu sein, um zu erklären, was wir sehen.“

Die Forscher glauben, dass hinter den Röntgenstrahlen wahrscheinlich ein Kilonova-Nachleuchten oder ein Schwarzes Loch steckt. Beide Szenarien wurden bisher noch nie beobachtet.

„Dies wäre entweder das erste Mal, dass wir ein Kilonova-Nachglühen sehen, oder das erste Mal, dass wir Material sehen, das nach einer Neutronensternverschmelzung auf ein Schwarzes Loch fällt“, sagte der Co-Autor der Studie, Joe Bright, ebenfalls von der University of California in Berkeley. „Jedes Ergebnis wäre extrem spannend.“

Um zwischen den beiden Erklärungen zu unterscheiden, werden Astronomen GW170817 weiterhin mit Röntgenstrahlen und Radiowellen überwachen. Wenn es sich um ein Kilonova-Nachglühen handelt, werden die Röntgen- und Radioemissionen in den nächsten Monaten oder Jahren voraussichtlich heller werden. Wenn die Erklärung darin besteht, dass Materie auf ein neu gebildetes Schwarzes Loch fällt, sollte die Röntgenstrahlung konstant bleiben oder schnell abnehmen, und im Laufe der Zeit wird keine Radioemission erkannt.

„Eine weitere Untersuchung von GW170817 könnte weitreichende Auswirkungen haben“, sagte die Co-Autorin der Studie, Kate Alexander, Postdoc-Stipendiatin des CIERA an der Northwestern. „Der Nachweis eines Kilonova-Nachglühens würde bedeuten, dass die Verschmelzung nicht sofort ein Schwarzes Loch hervorgebracht hat. Alternativ könnte dieses Objekt Astronomen die Möglichkeit bieten, zu untersuchen, wie Materie einige Jahre nach ihrer Geburt auf ein Schwarzes Loch fällt.“